南京長江第四大橋鋼箱梁制造工藝及關鍵技術研究

王 毅

(南京重大路橋建設指揮部)

0 前 言

流線型扁平鋼箱梁始于英國1966年建成的塞文橋。我國在1996年建成的西陵長江大橋首次采用了采用扁平流線型加勁鋼箱梁，由于其優(yōu)越的抗風性能，隨后此種截面形式在我國大跨徑纜索支承橋梁上得到了普遍應用。

南京長江第四大橋主橋加勁梁采用扁平流線形鋼箱梁，為雙塔雙索面懸索橋，其跨徑布置為(166 +410.2)+1418 +(363.4 +118.4)=2 476 m，鋼箱梁總長2 191.6 m。全橋鋼箱梁劃分成144 個節(jié)段，梁段長度6.43～15.6 m，梁高3.5 m，梁寬38.8 m(含風嘴)，梁段最大吊重282 t，鋼箱梁標準節(jié)段橫截面。鋼箱梁通過腹板錨固耳板與主纜吊索連接。鋼箱梁主體結(jié)構采用Q345D 低合金高強度結(jié)構鋼，梁段接口之間除頂板U 型肋和板條肋間采用栓接外，其它部位均采用焊接連接，結(jié)構復雜，焊后變形及焊接殘余應力較大。

1 鋼箱梁制作工藝

1.1 板單元劃分

根據(jù)南京長江第四大橋鋼箱梁結(jié)構特點，結(jié)合國內(nèi)鋼材的供貨現(xiàn)狀，將每節(jié)標準梁段分為44 個單元構件，其中包括頂板單元12 塊，寬度為2.4～3 m;底板單元7 塊，寬度為2.4～3.2 m;斜底板單元6 塊，寬度為1.702～2.447 m;橫隔板單元為15 塊(每片橫隔板分3 塊制作)，腹板單元2 塊，風嘴單元2 個。板件實現(xiàn)單元化，避免零散部件參與箱梁整體組裝，所有板單元按類型分別在板單元胎架上形成流水作業(yè)制造。

1.2 板單元制作工藝

(1)零件的下料加工

對較長矩形板件采用多嘴頭門式切割機精切下料，對如隔板等形狀復雜的板件采用數(shù)控切割機精切下料，對較規(guī)則的薄板次要零件采用剪切下料。鋼板對接坡口采用火焰精密切割、刨邊機或銑邊機加工，鋼板的不等厚對接過渡斜坡采用斜面銑床加工或采用刨邊機加工。精確預留后續(xù)焊接的收縮量，實現(xiàn)了無余量切割。

(2)U 肋的加工

底板U 肋采用滾軋工藝成型，即將按U 肋寬度切割好的鋼卷板通過多道滾軋工序逐漸成型，再按照U 肋長度進行切割。底板U 肋不設焊接坡口，與底板的焊接形式為角焊縫。

頂板U 肋采用折彎工藝，即采用先孔法工藝，將拼接處的螺栓群鉆好后，再在折彎機上直接折彎成U 肋形狀，其具體加工工藝如下:采用門切機精切下料，兩長邊留出刨量→在劃線平臺上劃出橫基線(長度分中線)及兩長邊加工線→在銑邊機上機加工兩長邊→用滾剪倒角機對U 形肋采用機加工坡口→依據(jù)頂板U 形肋縱橫基準線，卡樣板鉆制U 形肋端部孔群→在數(shù)控折彎機上加工U 形肋→U 形肋整體修整，頂板U 形肋劃制縱橫基準線。

(3)U 肋焊接

U 肋與頂板和底板的焊接質(zhì)量是控制鋼箱梁正交異形板質(zhì)量的關鍵。頂板U 肋開坡口與頂板焊接，其熔透深度達到U 肋板厚的75%;底板U 肋和底板的連接采用角焊縫。由于焊接熱量較大，會使板單元發(fā)生較大的變形，而火焰修正又會影響板單元的幾何尺寸，因此根據(jù)板單元焊接過程中的熱量輸入、應力分布及變形趨勢，總結(jié)焊接變形的規(guī)律，確定反變形量，設計制作焊接反變形胎架，在胎架上采用“反變形”技術控制板單元的焊接變形。

1.3 鋼箱梁總拼工藝

鋼箱梁的預拼采用長線法制作，即鋼箱梁制作胎架的線形為除去二期恒載的橋梁線形。從鋼箱梁的預拼和制作一次完成。制作時以預拼裝胎架為外胎，橫隔板內(nèi)胎，依次將各梁段的底板單元、斜底板單元、橫隔板單元、腹板單元、頂板單元、風嘴單元及其它零部件在胎架上組焊成箱體梁段整體，再模擬橋位吊裝的方法進行起拱，通過計算得到配切量后進行配切，以此保證橋位吊裝后的鋼箱梁之間的組焊間隙。

2 鋼箱梁制作的關鍵工藝項點及控制措施

2.1 頂板單元焊接質(zhì)量控制

在頂板單元制作時，從頂板到U 肋應連續(xù)施焊至弧形切口部位，在U 肋與頂板交接處80 mm 范圍內(nèi)，不得起熄弧，焊縫在弧形切口端部應圍焊，同時應打磨勻順，并對40 mm長度范圍內(nèi)的焊縫進行超聲錘擊處理。橫隔板接板與閉口肋和頂板間的焊縫有10 ×10 mm 的過焊孔，按照設計要求，在U 肋與頂板交接處80 mm 范圍內(nèi)直線運條;焊接到過焊孔時，擺動運條，堵住過焊孔，不在過焊孔處引弧和熄弧。之后從下向上進行立位施焊，焊接閉口肋段焊縫，減小該處焊縫由于引弧、熄弧產(chǎn)生的應力集中和缺陷。

2.2 箱梁整體組裝精度及焊接質(zhì)量控制

(1)在鋼箱梁整體組裝胎架上以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎進行整體組裝，采用“三縱一橫”基準控制技術，即用三對測量塔(縱向)和與其垂直的一條橫基線(橫向)控制整個總拼過程，控制箱口幾何尺寸和斷面垂直度，確保梁段截面的匹配性。

(2)整體組裝胎架設計時根據(jù)已有的經(jīng)驗，橫向斜底板預設工藝補償量，來抵消整體組焊解馬后箱梁斷面的收縮變形，確保2%橋面橫坡。

(3)對于大量的縱向?qū)雍缚p，采用V 形坡口形式的單面焊雙面成形工藝，利用積累的數(shù)據(jù)對焊接收縮量進行修正，并跟蹤檢測焊接收縮量情況，及時反饋信息以完善裝配過程中的工藝補償量。為了減小橋位接口對接錯邊調(diào)整的難度，箱口各拐點處預留一定長度的不焊段。

2.3 合攏段長度及箱口尺寸精度的控制

合攏段長度及箱口尺寸精度是實現(xiàn)大橋順利合攏的必要條件，為此在制造中合攏梁段在板塊制作時兩端預留一定配切量(一端擬取300 mm)，在箱梁制造完成后暫不切除，待大橋架設到合攏口時，準確量測合攏口的距離，再對合攏段依據(jù)測量統(tǒng)計結(jié)果進行配切，確保合攏段的長度。

3 結(jié) 語

由于在南京長江第四大橋鋼箱梁的制造過程中，采用了先進的技術設備及優(yōu)化工法，如專用的鋼板預處理生產(chǎn)線、精確下料工藝、U 肋無碼組裝技術、反變形焊接技術、焊接自動化技術、先孔法技術、梁段組焊等，鋼箱梁制造的質(zhì)量及進度均得到了保證。

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